智能汽车设计与实践基础-总体方案设计与技术解决方案

经过反复试验,为了使车模快速、准确识别随机点亮的信标灯,并能及时做出响应,合理规划路线,避开障碍以及熄灭信标灯,设计一种可行的信标车设计方案,如图9.3所示。各模块的组成和功能描述如下:

图9.3　系统整体结构图

电源模块:稳压电路输出系统各功能模块需要的电压。

驱动模块:利用IR2104芯片与IRF7843芯片构成全桥电路,通过主单片机输出的脉宽调制信号(PWM信号)控制电机的速度和转向。

单片机(MCU1、MCU2):负责识别信标。利用彩色摄像头检测点亮的信标所在位置,将处理好的数据发给MCU3进行后续控制。型号为MIMXRT1052CVL5B。

单片机(MCU3、MCU4):负责障碍识别和主控。MCU3、MCU4分别接有灰度摄像头和红外避障传感器以识别障碍(熄灭的信标);根据灰度摄像头、陀螺仪、编码器等传感器的反馈数据,输出控制信号;MCU3和MCU4之间通过串口协议进行图像结果处理、姿态控制信号的通信。型号为MK60DN512ZVLQ10。

编码器:用于实时测量小车运行速度实现闭环控制。型号为欧姆龙小型编码器E6A2-CW3C。

陀螺仪:反馈角速度,用于转向环的串级PID实现及避障时的车头方向锁定。型号为ICM20602。(www.xing528.com)

人机交互模块:通过OLED显示屏显示系统参数,并由按键和拨码开关实现模式选择和参数设置。

摄像头:识别信标的摄像头加有滤红外光滤光片,可降低红外光的干扰,仅检测红光,并且配置广角镜头,增大摄像头视野。避障摄像头加有偏振片,可减小反光干扰,同时降低视场亮度,这样可以更方便地测定避障时的阈值曲线。

电流采集模块:反馈电机驱动电流,用于速度环的串级PID实现。

红外避障传感器:用于辅助避障。型号为GP2Y0A02YK0F。

为了完成信标追踪和对抗任务,以H型车模为硬件平台,以32位单片机MK60DN512ZVLQ10和MIMXRT1052为控制核心,以摄像头为图像识别传感器,以红外激光测距传感器和漫反射式红外光电开关为避障传感器,以IAR为软件开发平台,对智能小车系统的软硬件进行了设计。摄像头所获得的数据经过单片机的分析计算后对信标和障碍进行定位,所得位置以X和Y的坐标形式以及目标的面积大小体现。X坐标主要用于控制转向环,以实现对灯、偏航和避障的控制,Y坐标和面积反应距离远近,是加减速的依据。此外,通过编码器获得车模的实时速度,通过串级PID算法,使速度稳定在给定值附近并能跟随给定值的变化。如图9.4所示为本方案的参赛车模实物。

图9.4　参赛车模实物

接下来的章节,将重点介绍信标组涉及的技术重点,给出一些可行的解决方案。当然,本书给出的方法可能并不是最优解,作者希望能通过本书的介绍使入门的参赛队伍了解原理。